模具国外软件

238机械设计与制造MachineryDesign&Manufacture第6期2011年6月文章编号:1001~3997(2011)06-0238—03视模具CAD/CAE/CAM技术的发展及软件应用术日:0陈晖李名尧吴华春(上海工程技术大学材料工程学院,上海201600)DevelopmentofCAD/CAE/rCAMtechnologyformouldanditssoftwareapplicationCHENHui,LIMing-yao,WUHua-chun(CollegeofMaterialsEngineering,ShanghaiUniversityofEngineeringScience,Shanghai201600,China);【摘要】概括了模具CAD/CAE/CAM技术的优势和内容,概述了国内外常用的CAD/CAE/CAM}软件,主要介绍了几种小型CAD/CAE/CAM软件、大型集成CAD/CAE/CAM软件以及有限元分析专业l软件.
随着模具CAD/CAE/CAM技术朝着集成化、网络化、标准化、专业化、开放性、虚拟化、专业化和智;能化方向发展,其必将在产品设计与制造中发挥越来越重要的作用.
;关键词:模具cAD/CAE/CAM;软件;发展方I'S-];【Abstract】TheadvantagesandcontentsofmouldCAD/CAE/CAMtechnologyweresummarizedby}overviewingthecommonCAD/CAE/CAMsoftwareathomeandabroad,inwhichsmallCAD/CAE/CAMs一;warelargeintegratedCAD/CAE/CAMsoftwaFeandprofessionalfiniteelementanalysissoftwarearefocused}on.
AsthemouldCAD/CAE/CAMtechnologyisdevelopedtotheintegration,networking,standardization,}specialization,openness,virtualization,professionalandintelligent,itmustplaymoreandmoreimportant》roleindesignandmanufacturingoftheproducts.
Keywords:MouldCAD/CAE/CAM;Softwares;Development01t01n1h-『1ht_1n,_nfp-11NF1hht_n{1hht_^n-t,,、嘻坩¨11"11-1"1h中图分类号:THI6,TG76文献标识码:A1引言随着计算机技术和制造技术的迅速发展,对如何缩短模具设计时间与加工的生产周期以及怎样提高模具加工质量等问题愈来愈备受关注.
模具技术也逐渐由手工设计、依靠人工经验和常规机械加工技术逐步向模具CAD/CAE/CAM(计算机辅助设计、辅助工程和辅助制造)技术转变.
美国率先将计算机技术应用于模具工业,实现模具CAD/CAE/CAM一体化系统,达到提高模具设计效果与加工质量、有效提高生产周期的目的.
据文献统计,国外采用模具CAD/CAE/CAM技术可使设计时间缩短50%,制造时间缩短30%,成本下降10%,塑料原料节省7%,一次试模成功率提高(45~50)%t".
2模具CAD/CAE/CAM技术优势'注塑模具和金属冷冲压模具大约占到模具总量的90%左右,所以探讨模具CAD/CAE/CAM技术在金属成型模具以及注担模具中的应用优势对工程技术人员对模具结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化具有一定的指导意义.
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1CAD/cAAM技术在注塑模具中的应用优势注塑模CAD/cAE/cAM技术在20世纪60年代中期国外就开始了相关的研究,由注射过程以维流动与冷却分析的完成,逐步发展到对三维流动与冷却分析的研究,最后对流动、保压、冷却、应力分析注射成型全过程进行集成化研究.
注塑模CAD/CAE/CAM技术不仅可实现对模具进行有限元结构力学分析、流动分析模拟和冷却分析模拟,且能很好的完成注射模结构CAD,包括塑料产品的建模、模具总体结构方案设计和零部件设计、数控仿真和数控程序生成,模具模拟装配、零件图和装配图的生成与绘制等.
它在注塑模具设计与制造中的具体应用优势体现在以下6个方面:(1)有利于模架的选择实现标准化;(2)塑料制品的几何造型、模腔表面形状的生成更为优化;(3)有利于优化模具结构方案设计、部装图与总装图以及模具零件图的生成;'(4)注射工艺条件及注射模具材料的优选;(5)自动化注射流动及保压过程模拟,增大设计可靠性;(6)冷却过程分析、力学分析及数控加工,提高注塑模综合质量[21.
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2CAD,cAE,cAM技术在金属成型中的应用优势冷冲模CAD/CAE/CAM技术在20世纪50年代末国外就有相关研究,如美国某公司开发的级进模计算机辅助设计系统PDDC,该系统可实现冷冲模设计的全部过程,不仅可输入产品图形和压力机床参数,确定操作程序、步距、空位、总工位数,还可以绘制排样图,输出模具装配图和压力机床参数,生成数控线切割程序等.
使用冷冲模CAD/CAE/CAM系统进行模具设计制造,可以大大缩短模具开发周期,降低生产成本,在冲压模具设计与制造中的具体应用优势体现在以下6个方面:来稿日期:2010—08-28基金项目:上海市重点学科建设项目资助(J51402),上海工程技术大学研究生科研创新项目资助(A-o5o3一lo-24)第6期陈晖等:模具CAD/CAE/CAM技术的发展及软件应用239(1)有利于高精度实现工艺分析计算,辅助成型工艺的设计;(2)建立标准化模具零件和结构的图形库,提高模具结构的模具零件设计效率;(3)辅助完成绘图工作,优化输出模具零件图和装配图;(4)利用计算机完成有限元分析和优化设计等数值计算工作,速度快,精度高且不易出错;(5)利用几何造型技术完成复杂模具几何设计;(6)辅助完成模具加工工艺设计和NC编程,发挥设计人员的创造性口.
3模具CAD/CAE/CAM技术的内容CAD/CAE/CAM技术不是传统设计、工程分析、制造流程和方法的简单映像,也不是局限于个别步骤或环节中部分地使用计算机作为工具,而是将计算机科学与工程领域的专业技术以及人的智慧和经验以现代的科学方法为指导结合起来,在设计、分析和制造全过程中各尽所长尽可能地利用计算机系统来完成重复性高、劳动量大、计算复杂以及单纯靠人工难以完成的工作,以获得最佳效果.
它的主要研究内容包括:研究一体化系统集成框架,开发出支持各应用系统的运行平台;开发基于参数化特征的精确实体造型的具有强大几何造型和工程绘图功能的三维几何设计系统;开发计算机辅助模拟系统实现动态显示仿真效果和工艺过程分析;开发多轴数控编程系统能实现智能的图形交互式坐标编程以及产品有限元分析前后置处理技术;开发数据库技术能实现产品数据的描述、变换、共享、集成、存档等以及数据交换技术和接口.
4模具CAD/CAE/CAM技术常用软件目前可以用于模具CAD/CAE/CAM的国内外商品化软件品种较多,其中,某公司开发的AutoCAD软件是CAD软件中应用最为广泛的,它优良的二次开发工具使其活跃在各类CAD专业领域.
自20世纪90年代以来,国内先后开发了功能较强的软件,主要有CAXA、PICAD、开目CAD、高华CAD等,而在进行复杂模具的CAD/CAFJCAM时,国外软件还是主流,目前国内应用主流软件有SolidWorks、Pro/E、UG、DEFORM、DYNAFORM等.
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1小型CAD/CAE/CAM软件SolidWorks软件基于Windows平台,拥有直觉式的设计空间,是三维实体造型CAD软件中用得最普遍的一款软件.
它易实现复杂三维零件实体造型、复杂装配和生产工程图,并且在建模时可实现协同工作.
且提供从现有二维数据建立三维模型的强大转换工具,以及用于模具设计的插件MoldBase,可提供标准的模架,并快速完成模具设计.
SurfCAM软件是美国某公司开发的基于Windows的图形数控编程系统,能够自动生成零件道具轨迹以及进行零件加工的NC代码,具有强大的通用后置处理功能和普遍的适应性.
它全新透视图基底的自动化彩色编辑功能,用于模具加工编程时可迅速简捷地将一个模型分解为型芯和型腔,节约复杂零件的编程时间,应用SRM优化加工方法,特别适用于具有复杂外形及各种空间自由曲面的模具类零件的自动编程.
MasterCAM软件是美国某公司开发的,国内引进最早的CAD/CAM软件.
它采用图形交互自动编程方法实现NC程序的编制,附带的CAD功能可构建2D或3D图形,特别使用于具有复杂外形及各种空间曲面的模具零件的建模和造型设计.
它所包含的车削、铣削、钻削、线切割等多种加工模块适用于机械设计与制造的各个领域,且提供多种图形文件接口,如DXF、VDA、STA、IGES、ASCII、CADL.
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2大型CAD/CAE-/CAM集成软件美国某公司开发的Pro/E软件整个系统建立在统一的数据库上,具有完整统一的模型,可实现多个部门同时致力于单一产品模型的设计.
它采用面向对象的单一数据库和全参数化造型技术,为三维实体造型提供了一个优良平台,而且可以给用户提供20多个模块,实现功能仿真、制造、数据管理、数控加工等,且具有系统独立于硬件,便于移植的显著特点.
I-DEAS软件是美国某公司开发的大型CAD/CAE/CAM软件,采用主模型技术和最先进的变量化造型系统,以其高度一体化、功能强大、易学易用等特点著称,它具有强大的三维造型、刀具路径及加工程序生成功能,新版还增加了复杂零件设计、高级曲面造型以及有限元建模和耐用性分析等模块的功能.
CATIA软件是法国某公司开发的产品,以其强大的曲面设计功能在航空、汽车设计领域享有很高的声誉,它提供了丰富的造型工具,具有统一的用户界面、数据管理以及兼容的数据库和应用程序接口,可实现机械设计、工程分析及仿真和加工等功能的有机结合,从而缩短设计周期,提高产品质量.
如今,CATIA软件已经发展成为集成化的CAD/CAE/CAM系统.
UG软件是美国某公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,以其精确描述绝大多数几何实体,高效快捷完成各种设计工作,广泛应用于航天航空、汽车和模具领域.
它真正实现了数据的无缝集成,具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能,且在设计过程中可进行有限元、机构运动、动力学分析和仿真模拟,提高设计的可靠性.
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3有限元分析专用软件ANSYS软件由美国某公司开发的融合结构、流体、电磁场、声场分析于一体,能实现与Pro/E、AutoCAD、I—DEAS等多数CAD软件的数据共享.
它主要包括前处理模块、分析计算模块和后处理模块3个部分,提供100多种的单元类型,模拟工程中的各种结构和材料,通过模块计算分析,实现模具结构及其性能的优化.
DEFORM源自塑性有限元程序ALPID,是一个模块化、集成化的有限元模拟系统,包括前处理器、后处理器、有限元模拟其和用户处理器4个模块.
用于各种塑性体积成型过程中的金属流动以及应变应力温度等物理场的分布的分析.
DYNAFORM是由美国两家公司联合开发的用于板料成型模拟的软件,专用于工艺及模具设计中复杂板成型问题,通过预测成型过程中板料的缺陷,评估出板料的成型性能.
它具备完备的前后处理功能,可实现无文本编辑,提供了与CAD软件的接240机械设计与制造No.
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2011口,实用的几何模型建立功能,具有较适用的二次开发功能.
MoldFlow系列软件是美国某公司开发的塑料成型流动分析软件,一直主导塑料成型CAE软件市场,主要用于流动、冷却、翘曲、收缩、结构应力、气体辅助注射成型分析等,它可自动进行有限单元网格划分,根据产皮尺寸和所选材料提供初步工艺参数,通过流动分析模块的模拟,优化注塑的参数,将已有的CAD软件与其配合使用,可减少产品重复造型.
5模具CAD/CAE/CAM技术的发展趋势模具技术的发展,主要依赖于模具标准化程度、优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备及生产管理等.
CAD/CAE/CAM技术在模具生产中的应用占有极其重要的地位,是模具产品生产立足市场竞争,满足时间、质量、成本、服务、环境的要求,最大限度地提高生产效率,满足用户需求的重要保障.
随着创新技术能力的提高和网络计算环境的普及,模具CAD/CAE/CAM技术的发展总体上朝着以下7个方面发展.
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1集成化现代制造企业为谋求市场份额积极采用并行工程CE(ConcurrentEngineering)方法,将人、技术和管理有机结合,进行人员集成、技术集成、信息集成和资源集成,形成物流和信息流的综合.
这便于产品开发人员在设计阶段就可以考虑产品生命周期所有要求,最大限度地提高产品开发效率.
5.
2网络化应用CAD/CAE/CAM技术的项目往往不是一个人所能完成的,通常是由多个人甚至多个企业在多台计算机上协同完成,网络化可以充分发挥系统的总体优势,使用户实现多专业、异地、协同、综合全面的设计与分析,实施工程与产品创新,真正实现集成化、资源共享以适应全球化制造的发展趋势.
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3标准化随着CAD/CAE/CAM技术的快速发展,技术标准化问题越显重要.
CAD/CAE/CAM标准体系既是开发应用CAD/CAE/CAM软件的基础,也是促进CAD/CAE/CAM技术普及应用的约束手段,利于实现资源共享,便于信息交流.
常见的图形标准有GKS(GraphicsKernelSystem,计算机图形核心系统)、IGES(InitialGraphicsExchangeSpecification,基本图形转换规范)、STEP(StandardforExchangeofProductmodeldata,产品模型数据交换标准)等.
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4开放性图形支撑软件往往着眼于共性的、通用的问题,而某一个工程总会具有自身的特点,为便于有效服务于特定目的,就必须在支撑软件的基础上进行二次开发.
CAD/CAM/CAE系统为用户提供二次开发环境,甚至可开发内核源码,使用户可定制自己的应用程序.
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5虚拟化虚拟现实技术、多媒体技术以及计算机仿真技术的有机结合,达到产品设计与制造过程的仿真效果.
通过采用多种介质来存储、表达、处理多种信息,从而实现融合文字、语音、图像、动画于一体,给人一种真实感和临境感,更有利于工程技术人员创造力的发挥.
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6专业化模具CAD/CAE/CAM系统软件可针对模具生产企业自身的特点对软件系统进行二次开发或开发专用软件,这样才能充分利用好企业自身的设备,制造出高质量的模具产品的同时也很好的发挥出软件的最大潜能.
5_7智能化为最大化解放工程技术人员,提高工作效率,CAD/CAE/CAM系统正积极应用人工智能技术实现产品生产周期各个环节的智能化,如将KF(KnowledgeFusion)引入CAD/CAE/CAM系统,使其经验和知识、推理方式和控制策略能与专家媲美,以及具有智能化的视觉、听觉、语言的处理能力,真正实现从设计到制造的自动化.
6结束语近年来,我国引进了不少很强图形功能的CAD/CAE/CAM系统软件,但在曲面造型和数控加工等方面依然存在一定的局限性.
目前,国内一些大型企业或CAD/CAE/CAM技术较成熟的企业通常引进成套软件,而大多数模具工厂和中小型企业的CAD/CAE/CAM技术的应用处于初级阶段,通常以自我开发为主,选定适合实际情况的软、硬件开发平台进行二次开发,提高了设计效率和质量的同时,也使软件更加符合工厂生产实际和便于技术人员的使用.
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